专利名称：半导体集成电路及其操作方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路及其操作方法，并且更具体地，涉及一种用于精确设定内置滤波器的频率特性的技术。
背景技术：
在蜂窝电话等的无线移动通信中，预期语音服务的增长将来会放慢，而在另一方面，移动通信市场将来会转移到同时提供图像、语音和数据以便支持高级双向应用的多媒体服务。因此，需要具有高平均吞吐率，能够进行超过384kbps的峰值速率的无线分组数据访问的宽带移动数据网络。因此，无线移动通信转移到第三代，其比二代和三代之间的2. 5代更有效。第三代中的用户峰值数据速率在EDGE (增强型数据速率GSM演进)中增加到384kbps，并且在cdma2000和WCDMA中增加到2Mbps。在第三代的WCDMA中引入的HSDPA(高速下行分组接入)的下行连接中，使用16QAM的高调制级别，并且理论上14.4Mbps的用户峰值数据速率是可能的。QAM代表正交振幅调制。随着第三代无线网络的普及，减少第三代移动蜂窝终端的成本和功耗变得更重要。直接转换接收器体系结构是第三代运动蜂窝终端的集成平台中的适当地使用硅工艺、电路设计技术和体系结构实现的一种流行的系统解决方案。直接转换接收器需要以低通滤波器配置而成的通道选择滤波器，以便抑止通道外的干扰信号。非专利文档I描述了一种不需要图像去除滤波器的直接转换接收器，并且通道选择滤波器是低通滤波器，该低通滤波器可被形成在芯片上，从而优选地以高集成度形成无线收发器。在该直接转换接收器中，以低噪声放大器放大WCDMA接收信号。此后，放大后的信号被提供给配置正交下转换混合器的I信号混合器和Q信号混合器，并且具有90度相差的I局部信号(local signal)和Q局部信号被提供给I信号混合器和Q信号混合器。从I信号混合器产生的I基带信号被提供给第一通道选择滤波器和第一放大器，并且从Q信号混合器产生的Q基带信号被提供给第二通道选择滤波器和第二放大器。在非专利文档I中，描述了在直接转换WCDMA接收器中，来自RF前端的基带信号必须被具有2MHz带宽的低通滤波器滤波。为了获得精确的滤波特性，诸如最小通带波动(bandpass ripple),部件的精确值是必须的。由于有源滤波器的频率特性是由RC产品设定的，必须实现电阻和电容的精确值。因此，滤波器必须是可电调谐的，并且在芯片上设计自动调谐系统，作为整个滤波器系统。即，由片上调谐电路来控制被设计为直接转换WCDMA接收器的基带通道选择滤波器的RC有源滤波器，并且补偿参数偏差，从而将截止频率保持在设计值。通过使用二值权重5位电容矩阵改变滤波器时间常量，并且以操作在线性区域内的NMOS晶体管实现开关。以可编程阵列内的电阻器和电容器的器件布局调谐频率响应。根据片上校准电路产生的数字码来设计该阵列的值。通过调谐积分器的时间常数来调谐5阶切比雪夫低通滤波器的每个积分器的频率。采用包括单个固定元件和N个二值权重开关元件的并行电容阵列拓扑。专利文档I公开了用于调整有源滤波器的性能指数(Q因子质量因子)的滤波器调整电路。有源滤波器包括放大器、输入电阻器、反馈电阻器和反馈电容器。该调整电路包括参考频率产生电路、相位比较器、参考电压产生电路、振幅比较器和控制电路。参考频率产生电路产生具有滤波器截止频率的第一信号，以及具有与第一信号的相位不同的相位的第二信号，将第一信号提供给相位比较器的输入端子之一，并且将第二信号提供给有源滤波器的输入端子。由于作为有源滤波器的滤波器输出信号的第三信号被提供给相位比较器的另一个输入端子，相位比较器对第一信号的相位和第三信号的相位进行比较，并且确定频率相同还是不同。作为有源滤波器的滤波器输出信号的第三信号被提供给振幅比较器的一个输入端子，并且用于指定从参考电压产生电路产生的Q因子的指示预定幅值的参考电 压被提供给振幅比较器的另一个输入端子。因此，振幅比较器对第三信号的幅值和参考电压进行比较，并且输出比较结果。相位比较器的相位比较结果和振幅比较器的振幅比较结果被提供给控制电路。控制电路控制有源滤波器内的反馈电容器，从而调整有源滤波器的截止频率，并且同时控制有源滤波器的反馈电阻，从而调整有源滤波器的Q因子。在非专利文档2中，专利文档2的第一作者是专利文档I的单一发明人，描述了类似于专利文档I中所述的滤波器调整电路的滤波器调谐系统。非专利文档2中描述的5阶低通滤波器被用作IEEE802. Iln的高吞吐率扩大选项的直接转换体系结构的具有40MHz带宽的低通滤波器，IEEE802. Iln是IEEE制订的无线LAN标准之一。图14所示的非专利文档2的滤波器调谐系统包括副本滤波器、主滤波器、参考信号/参考电压产生器、相位比较器、振幅比较器和控制电路。主滤波器以5阶切比雪夫有源RC低通滤波器配置而成，并且副本滤波器以作为主滤波器的副本的二阶低通滤波器配置而成。副本输入信号和从参考信号/参考电压产生器产生的并且具有90度相差的参考信号被提供给副本滤波器的输入端子和相位比较器的一个输入端子。来自副本滤波器的滤波器输出信号被提供给相位比较器的另一个输入端子以及振幅比较器的一个输入端子，并且从参考信号/参考电压产生器产生的参考电压被提供给振幅比较器的另一个输入端子。相位比较器的相位比较结果和振幅比较器的振幅比较结果被提供给控制电路。利用控制电路的输出，调整副本滤波器的截止频率和副本滤波器的Q因子。在调整中，首先，利用作为副本滤波器的二阶低通滤波器的总反馈电阻器的电阻值来调整副本滤波器的截止频率。该总反馈电阻器耦连在作为副本滤波器的二阶低通滤波器的第一级内的放大器的反相输入端子和具有第二级内的放大器的输出端子的-I增益的信号反相器的输出端子之间。接着，在调整中，利用作为副本滤波器的二阶低通滤波器的局部反馈电阻器的电阻值来调整副本滤波器的Q因子。该局部反馈电阻器与反馈电容器串联耦连在作为副本滤波器的二阶低通滤波器内的第一级和第二级中的每个放大器的反相输入端子和输出端子之间。在调整中，最终调谐的设置在副本滤波器内的参数被拷贝到主滤波器内。[相关技术文档][专利文档][专利文档I]日本未审查专利公开No.2007-281604[非专利文档]
[非专利文档1]M. Konfal et al，“CM0S Analog Baseband Channel Filter for Direct AConversion WCDMA Receiver，，，Proceedings. 5th International Conference on ASIC,2003，Volume 1，21_240ct. 2003，pp.577 to 580[非专利文档2]Shouhei Kousai et al，“A 19. 7MHz,Fifth-Order Active-RC Chebyshev LPF forDraft IEEE802. Iln with Automatic Quality-Factor Tuning Scheme”，IEEE Journal ofSolid-State Circuit, Vol. 42, No. 11, November 2007，pp. 2326 to 2337。
发明内容
在本发明之前，本发明的发明人从事安装在支持第三代WCDMA的传输/接收的蜂窝电话等上的半导体集成电路的研究和开发。首先，作为支持第三代WCDMA的传输/接收的接收器，如背景技术所述，采用直接转换WCDMA接收器的体系结构。结果，如背景技术所述，用于抑止所希望的通道之外的干扰信号的通道选择滤波器成为是必须的。在另一方面，在研究和开发过程中，需要与被称为长期演进(LTE)标准的蜂窝电话新标准兼容。在常规标准中，基带信号带宽是固定的。在LTE标准中，可以从多个带宽中选择并且使用基带信号带宽。具体地，在GSM系统中，例如，使用270kHz的固定值作为通道带宽。在WCDMA系统中，例如，使用3.84MHz的固定值作为通道带宽。在频分多路复用系统的LTE标准中，从I. 4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、l5MHz和20MHz中选择一个通道带宽，并且使用选择的通道带宽。在使用正交混合器将RF接收信号划分为相内(I)分量和正交(Q)分量、并且将所述分量直接转换为基带信号的直接转换体系结构中，选择性接收基带信号带宽的通道选择滤波器的截止频率为通道带宽的大约一半。为了减小面积，对以单个芯片接收GSM、WCDMA和LTE的不同模式的多模式接收器具有高的市场需求。结果，为了制造与多个模式兼容的直接转换WCDMA接收器，通道选择滤波器的截止频率必须在多个频率中改变。GSM代表全球移动通信系统，并且WCDMA代表宽带码分多址。在本发明之前，本发明的发明人调查了专利文档I和非专利文档I中描述的滤波
器调整方法。在专利文档I中描述的滤波器调整方法中，必须给相位比较器的一个输入端子和有源滤波器的输入端子提供具有与设置在滤波器内的截止频率相同的频率的第一信号和第二信号。因此，仅仅将专利文档I中描述的滤波器调整方法应用于LTE标准，就必须在LTE标准的多个基带信号带宽中的每一个内设置第一和第二信号的频率。对于该应用，使用锁相环(PLL)电路，并且以PLL电路的具有大的可变分频比的分频器在大变化宽度内改变第一和第二信号的频率。必须提供具有大的可变分频比的分频器，用于产生对应于作为LTE标准的多个基带信号带宽的I. 4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、l5MHz和20MHz的六种基带宽度的截止频率。另外，必须产生具有90度相差的信号。从而，存在用于信号产生的电路设计复杂的问题。在非专利文档2描述的滤波器调整方法中，为了将主滤波器设置为19. 7MHz的截止频率，必须给副本滤波器的输入端子和相位比较器的一个输入端子提供具有接近频率19. 7MHz的频率20MHz的副本输入信号和参考信号。因此，为了将非专利文档2描述的滤波器调整方法应用于LTE标准，必须在LTE标准的全部多个基带信号带宽中设置副本输入信号和参考信号的频率。结果，PLL电路的分频器必须具有上述六种可变分频比。另外，必须产生具有90度相差的信号。从而存在用于信号产生的电路设计复杂的问题。在专利文档I描述的滤波器调整方法中，从参考电压产生电路产生并且提供给振幅比较器的另一个输入端子的参考电压被设置为提供给有源滤波器的输入端子的第二信号的电压振幅、DC增益和Q因子的乘积，以便指示用于指定Q因子的预定幅值。结果，即使当有源滤波器的输出信号的幅值由于有源滤波器的DC增益的变动而波动时，参考电压不会响应于DC增益的变动而改变，从而不能根据振幅比较器的振幅比较结果精确地调整有源滤波器的Q因子。在另一方面，在非专利文档2描述的滤波器调整方法中，从参考电压参考信号/参考电压产生器的10位R-2R数模转换器产生并且提供给振幅比较器的另一个输入端子的参考电压被设置为ieVin/π的恒定值。电压Vin是提供给副本滤波器的输入端子的副本输入信号的电压。因此，根据在本发明之前由本发明的发明人进行的研究，揭示了下列问题。即使当副本滤波器的峰值频率的输出电压信号的电压信号振幅由于根据总反馈电阻的副本滤波器的峰值频率的调整而产生的副本滤波器的DC增益波动进一步波动时，由于参考电压被设置为恒定值，不能根据振幅比较器的振幅比较结果精确调整副本滤波器的Q因子。作为在本发明之前由本发明的发明人进行的研究的结果实现了本发明。因此，本发明的一个目的是精确地设置集成在半导体集成电路内的滤波器的频率特性。从对本说明书和附图的描述中，将明了本发明的上述和其它目的和新颖特征。下面将简要描述在本申请中公开的发明中的一个代表性的发明。根据本发明的代表性实施例的半导体集成电路包括滤波器电路I ;截止频率校准电路2，其向滤波器电路给出截止频率调整结果作为用于调整滤波器电路的截止频率的信号；和Q因子校准电路3，其基于滤波器电路的输出，向滤波器电路给出Q因子调整信号作为用于调整滤波器电路的Q因子的信号。截止频率校准电路可以通过调整滤波器电路的电容组件Cl、C2，将滤波器电路的截止频率调整为所希望的值。Q因子校准电路可以通过在截止频率校准电路调整滤波器电路的截止频率之后调整滤波器电路的电阻组件R3，将滤波器电路的Q因子调整为所希望的值(参考图3)。下面将简要描述在本申请中公开的发明中的一个代表性发明获得的效果。根据本发明，可以精确地设置集成在半导体集成电路内的滤波器的频率特性。
图I是示出了根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)标准兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。 图2是示出了图I所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的更详细配置的图。图3是示出了图I和2所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的截止频率校准电路2的配置的图。图4是示出了图3所示的通道选择滤波器I的滤波器电容器151的配置的图。
图5是示出了图3所示的电阻电路20、电压-电流转换器30和充电电路40的配置的图。图6是用于解释用于校准参考图4描述的图2的通道选择滤波器I的滤波器电容器151的电容值的校准操作的图。图7是示出了被图I和2所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的Q因子校准电路3调整的作为通道选择滤波器的滤波器电路I的第二级内的非完美积分器的反馈电阻器R3的配置的图。图8是示出了作为提供给图7所示的根据本发明的第一实施例的滤波器电路I的第二级内的非完美积分器内的反馈电阻器R3的解码器R3_DEC的Q因子调整信号的Q码Qcode和反馈电阻器R3的电阻值之间的关系的图。图9是示出了图7所示的根据本发明的第一实施例的滤波器电路I的第二级内的非完美积分器的反馈电阻器R3的多个电阻器R31、R32、...R38的电阻值中的关系的图。图10是用于解释校准作为在图I和2所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路内提供的通道选择滤波器的滤波器电路I的频率特性的操作的图。图11是用于解释一个状态的图，在该状态中，在校准图10所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的滤波器电路I的频率特性的操作中的步骤S2内的Q因子补偿操作中，Q因子校准电路3的控制电路51产生Q因子调整输入信号。图12是用于更具体地解释校准图10所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的滤波器电路I的频率特性的操作中的步骤S2中的Q因子补偿操作的图。图13是示出了根据本发明的第二实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)方法兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。图14是示出了分别从包括在图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路的Q因子校准电路3内的参考电压产生器Ref50、Ref61和Ref62产生的参考电压VrefQ、VrefA和VrefB的关系的图。图15是示出了包括在图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路的Q因子校准电路3内的三个参考电压产生器Ref50、Ref61和Ref62、切换开关SW60和振幅比较器50的配置的图。图16是示出了在图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路的Q因子补偿操作的执行之后，从滤波器电路I的输出端子产生的具有截止频率fc = (1/2 π CR2)的输出电压信号Vout、输出电压信号Vout的输出信号峰值电压Voutpk和被设置为几乎恒定的值的参考电压VrefQ之间的关系的图。图17是示出了一种状态的图，在该状态中，在图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路内执行用于减小滤波器电路I的输出信号峰值电压Voutpk的波动的输入信号补偿操作。图18是解释一个状态的图，在该状态中，Q因子校准电路3的控制电路51在图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路内的Q因子补偿操作内产生Q因子调整输入信 号。图19是解释图13所示的根据第二实施例的半导体集成电路的滤波器电路I的Q因子补偿操作的图。图20是示出了根据本发明的第三实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)方法兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。图21是示出了根据本发明的第四实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括在使用与长期演进(LTE)法兼容的正交直接下转换法的多模式接收器的情况下，作为I通道和Q通道的通道选择滤波器的多个滤波器电路1A、1B、1C和1D，以及公共截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路的频率特性的多个Q因子校准电路3A、3B、3C和3D。图22是示出了根据本发明的第五实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括在使用与长期演进(LTE)法兼容的正交直接下转换法的多模式接收器的情况下，作为I通道和Q通道的通道选择滤波器的多个滤波器电路1A、1B、1C和1D，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路的频率特性的多个Q因子校准电路3A和3C。图23是示出了包括在图22所示的根据本发明的第五实施例的半导体集成电路的I信号模拟基带电路210内的第一 Q因子校准电路3A的配置的图。图24是解释校准作为在图22所示的根据本发明的第五实施例的半导体集成电路内提供的通道选择滤波器的多个滤波器电路1A、1B、1C和ID的频率特性的操作的图。图25是示出了将在根据本发明的第一到第五实施例中的任意一个的半导体集成电路内提供的滤波器电路应用于具有相内分量的I通道和正交分量的Q通道的两个系统的模拟基带单元的根据本发明的第六实施例的正交下转换法的接收器的通道选择滤波器的配置的图。图26是示出了将在根据本发明的第一到第五实施例中的任意一个的半导体集成电路内提供的滤波器电路应用于用于多输入多输出(MIMO)通信系统的根据本发明的第六实施例的正交下转换法的正交下转换法的接收器的通道选择滤波器的配置的图。图27是示出了用于图26所示的根据本发明的第七实施例的正交直接变换法的接收器的包括在半导体集成电路内的Q因子校准电路3的配置的图。图28是示出了根据本发明的第八实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)法兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。图29是示出了根据本发明的第八实施例的半导体集成电路的另一个配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)法兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。
具体实施方式
1.实施例的概述首先，将描述在本申请中公开的本发明的代表性实施例的概述。在对代表性实施例的概述的描述的括号中涉及的附图的附图标记仅仅示出了以包括在这些组件的概念内的附图标记指定的组件。[I]根据本发明的代表性实施例的半导体集成电路包括滤波器电路I ;截止频率校准电路2，其向滤波器电路给出截止频率调整结果作为用于调整滤波器电路的截止频率的信号；和Q因子校准电路3，其基于滤波器电路的输出，向滤波器电路给出Q因子调整信号作为用于调整滤波器电路的Q因子的信号。截止频率校准电路可以通过调整滤波器电路的电容组件Cl、C2，将滤波器电路的截止频率调整为所希望的值。Q因子校准电路可以通过在截止频率校准电路调整滤波器电路的截止频率之后调整滤波器电路的电阻组件R3，将滤波器电路的Q因子调整为所希望的值(参考图3)。根据本发明，可以精确地设置集成在半导体集成电路内的滤波器的频率特性。在优选实施例中，滤波器电路是低通滤波器，其输出从输入信号中截去高于预定频率的频率分量的结果的信号。截止频率校准电路通过使用低通滤波器的电容组件的充电和放电中的至少一个的时间积分检测电容组件的误差，基于误差的检测结果，可以补偿电容组件的误差(参考图3)。在另一个优选实施例中，Q因子校准电路包括参考电压产生器Ref50、振幅比较器50和控制寄存器52。参考电压产生器产生用于确定低通滤波器的输出端子的输出信号的振幅的参考电压(VrefQ)。振幅比较器对参考电压产生器产生的参考电压和低通滤波器的输出信号的振幅进行比较。控制寄存器存储Q因子控制信息，其调整低通滤波器的电阻组件。在振幅比较器确定低通滤波器的输出信号的振幅大于参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变Q因子控制信息的值，以便减小低通滤波器的输出信号的振幅
(5130)。在振幅比较器确定低通滤波器的输出信号的振幅小于参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变Q因子控制信息的值，以便增加低通滤波器的输出信号的振幅
(5131)(参考图12)。在更优选的实施例中，Q因子校准电路产生调整输入信号(Vinpk)，其被在比所希望的值的低通滤波器的截止频率的周期充分长的时间段内设置为预定电压电平，并且将调整输入信号提供给低通滤波器的输入端子。低通滤波器基本上DC(直流)地响应于调整输入信号，并且Q因子校准电路可以利用调整输入信号内的电压改变消除低通滤波器的直流增益(DCgain)中的波动，使得在低通滤波器的输出端子处产生的DC响应输出信号的电压(Voutpk)匹配预定的参考电平(VrefA)(参考图 13 到 19)。在另一个优选实施例中，低通滤波器是Sallen-key低通滤波器(参考图20)。在另一个优选实施例中，低通滤波器是包括级联的多个运算放大器(0P1和0P2)的有源低通滤波器(参考图2)。在另一个优选实施例中，低通滤波器包括级联的多个低通滤波器(1A和1B)(参考图21和22)。在另一个优选实施例中，半导体集成电路还具有包括低噪声放大器30，接收混合器40、70，RF振荡器110和通道选择滤波器50、80的直接下转换接收器。通道选择滤波器是低通滤波器。截止频率校准电路可以通过调整配置为通道选择滤波器的低通滤波器的电容组件，将低通滤波器的截止频率调整为所希望的值。Q因子校准电路可以通过在截止频率校准电路调整低通滤波器的截止频率之后调整低通滤波器的电阻组件，将低通滤波器的Q因子调整为所希望的值(参考图25)。在一个具体实施例中，直接下转换接收器与长期演进标准兼容(参考图I和2)。在另一个具体实施例中，直接下转换接收器与多输入-多输出通信系统和分集接收兼容(参考图26)。[2]本发明的另一个方面的代表性实施例涉及半导体集成电路的操作方法，所述半导体集成电路包括滤波器电路I ;截止频率校准电路2，其向滤波器电路给出截止频率调整结果作为用于调整滤波器电路的截止频率的信号；和Q因子校准电路3，其基于滤波器电路的输出，向滤波器电路给出Q因子调整信号作为用于调整滤波器电路的Q因子的信号。该方法包括步骤通过使用截止频率校准电路，通过调整低通滤波器的电容组件Cl、C2，将低通滤波器的截止频率调整到所希望的值和在通过使用截止频率校准电路调整低通滤波器的截止频率的步骤之后，通过使用Q因子校准电路，通过调整滤波器电路的电阻组件R3，将低通滤波器的Q因子调整为所希望的值(参考图3和10)。根据该实施例，可以精确地设置集成在半导体集成电路内的滤波器的频率特性。2.实施例的细节接着，将更具体地描述实施例。在用于解释用于执行本发明的最佳模式的所有附图中，相同附图标记指示与描述的附图中的部件具有相同功能的部件，并且不给出重复的描述。第一实施例半导体集成电路的配置图I是示出了根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的配置的图，包括作为用于与长期演进(LTE)标准兼容的直接转换多模式接收器的通道选择滤波器的滤波器电路1，以及截止频率校准电路2和用于设置滤波器电路I的频率特性的Q因子校准电路3。输入切换开关SWlO的输出端子耦连到作为通道选择滤波器的滤波器电路I的输入端子，从直接转换多模式接收器的接收混合器产生的基带输入信号被提供给输入切换开 关SWlO的一个输入端子，从Q因子校准电路3产生的Q因子调整输入信号被提供给输入切换开关SWlO的另一个输入端子，并且从Q因子校准电路3产生的开关控制信号被提供给输入切换开关SWlO的开关控制端子。
截止频率校准电路2向滤波器电路I输出用于补偿由器件变化引起的滤波器电路I的截止频率内的变动的截止频率调整结果。Q因子校准电路3通过控制输入切换开关SfflO向输入切换开关SWlO输出用于补偿由器件变化引起的Q因子的变动的Q因子调整输入信号和开关控制信号，并且最终向滤波器电路I输出Q因子调整信号。半导体集成电路的更详细配置 图2是示出了图I所示的根据本发明的第一实施例的半导体集成电路的更详细配置的图。如图2所示，作为通道选择滤波器的滤波器电路I是具有双二阶(biquad)配置的有源RC低通滤波器。具体地，在图2的滤波器电路I中，第一级以完美积分器配置而成，所述完美积分器包括输入电阻器R1、运算放大器OPl和反馈电容器Cl，并且第二级以非完美积分器配置而成，所述非完美积分器包括输入电阻器R2、运算放大器0P2、反馈电容器C2和反馈电阻器R3。在第一级中，输入电阻器Rl的一端耦连到输入切换开关SWlO的输出端子，并且另一端耦连到运算放大器OPl的反相输入端子。反馈电容器Cl耦连在运算放大器OPl的反相输入端子和输出端子之间，并且共模电压Vc被提供给运算放大器OPl的非反相输入端子。在第二级，输入电阻器R2的一端耦连到第一级内的运算放大器OPl的输出端子，并且另一端耦连到第二级内的运算放大器0P2的反相输入端子。反馈电容器C2和反馈电阻器R3并联在运算放大器0P2的反相输入端子和输出端子之间，并且共模电压Vc被提供给运算放大器0P2的非反相输入端子。第二级内的运算放大器0P2的输出端子被耦连到信号逆变器INV的输入端子，信号逆变器INV的电压增益为1，并且信号逆变器INV的输出端子被通过电阻器R4耦连到第一级内的运算放大器OPl的反相输入端子。具体地，输入电阻器R4被耦连到运算放大器0P3的反相输入端子，电阻器R4被耦连在运算放大器0P3的反相输入端子和输出端子之间，并且共模电压Vc被提供给运算放大器0P3的非反相输入端子。输入电阻器R4和反馈电阻器R4被设置为几乎相同的电阻值，从而信号逆变器起反相缓冲放大器的作用，所述反相缓冲放大器的电压增益为I (单一增益)的图2所示的通道选择滤波器的输入电压和输出电压被设置为Vl和V2，并且第一级内的运算放大器OPl的输出端子的电压被设置为V3。由于第一级内的运算放大器OPl的输入端子处的电流的和为零，满足下列等式。
γ -V++ SC1V3 = O (等式 D
xC j4由于第二级内的运算放大器0P2的输入端子处的电流的和也是零，满足下列等式。
yγ-^- + SC2V2 HL = O (等式 2)
及2及3根据上面的等式(2)，满足下面的等式。
权利要求
1.一种半导体集成电路，包括 滤波器电路； 截止频率校准电路，其向所述滤波器电路给出截止频率调整结果作为用于调整所述滤波器电路的截止频率的信号；和 Q因子校准电路，其基于所述滤波器电路的输出，向所述滤波器电路给出Q因子调整信号作为用于调整所述滤波器电路的Q因子的信号， 其中所述截止频率校准电路可以通过调整所述滤波器电路的电容组件，将所述滤波器电路的截止频率调整为所希望的值，并且 其中，在所述截止频率校准电路调整所述滤波器电路的截止频率之后，所述Q因子校准电路可以通过调整所述滤波器电路的电阻组件，将所述滤波器电路的Q因子调整为所希望的值。
2.如权利要求I所述的半导体集成电路， 其中所述滤波器电路是低通滤波器，其输出作为从输入信号中截去比预定频率高的频率分量的结果的信号，并且 其中所述截止频率校准电路通过使用所述低通滤波器的电容组件的充电和放电中的至少任意一个的时间积分，检测所述电容组件的误差，并且基于该误差的检测结果能够补偿所述电容组件的误差。
3.如权利要求2所述的半导体集成电路， 其中所述Q因子校准电路包括参考电压产生器、振幅比较器以及控制寄存器， 其中所述参考电压产生器产生用于确定所述低通滤波器的输出端子的输出信号的振幅的参考电压； 其中所述振幅比较器比较由所述参考电压产生器产生的参考电压和所述低通滤波器的输出信号的振幅， 其中所述控制寄存器存储用于调整所述低通滤波器的电阻组件的Q因子控制信息，其中在所述振幅比较器确定所述低通滤波器的输出信号的振幅大于由所述参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变所述Q因子控制信息的值，以便减小所述低通滤波器的输出信号的振幅，并且 其中在所述振幅比较器确定所述低通滤波器的输出信号的振幅小于由所述参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变所述Q因子控制信息的值，以便增加所述低通滤波器的输出信号的振幅。
4.如权利要求3所述的半导体集成电路， 其中所述Q因子校准电路产生在比所希望值的所述低通滤波器的截止频率的周期充分长的时间段内设置为预定电压电平的调整输入信号，并且将所述调整输入信号提供给所述低通滤波器的输入端子，并且 其中所述低通滤波器基本上直流地响应于所述调整输入信号，并且所述Q因子校准电路可以利用所述调整输入信号中的电压改变消除所述低通滤波器的直流增益的波动，使得在所述低通滤波器的输出端子处产生的直流响应输出信号的电压匹配预定的参考电平。
5.如权利要求3所述的半导体集成电路， 其中所述低通滤波器是Sallen-key低通滤波器。
6.如权利要求3所述的半导体集成电路， 其中所述低通滤波器是包括级联的多个运算放大器的有源低通滤波器。
7.如权利要求3所述的半导体集成电路， 其中所述低通滤波器包括级联的多个低通滤波器。
8.如权利要求3所述的半导体集成电路，还包括 包括低噪声放大器的直接下转换接收器； 接收混合器； RF振荡器；和 通道选择滤波器， 其中所述通道选择滤波器是所述低通滤波器， 其中通过调整被配置为所述通道选择滤波器的所述低通滤波器的电容组件，所述截止频率校准电路能够将所述低通滤波器的截止频率调整为所希望的值，并且 其中通过在由所述截止频率校准电路调整所述低通滤波器的截止频率之后调整所述低通滤波器的电阻组件，所述Q因子校准电路能够将所述低通滤波器的Q因子调整为所希望的值。
9.如权利要求8所述的半导体集成电路， 其中所述直接下转换接收器与长期演进标准兼容。
10.如权利要求8所述的半导体集成电路， 其中所述直接下转换接收器与多输入-多输出通信系统和分集接收兼容。
11.一种半导体集成电路的操作方法，该半导体集成电路包括 滤波器电路； 截止频率校准电路，其向所述滤波器电路给出截止频率调整结果作为用于调整所述滤波器电路的截止频率的信号；和 Q因子校准电路，其基于所述滤波器电路的输出，向所述滤波器电路给出Q因子调整信号作为用于调整所述滤波器电路的Q因子的信号， 该方法包括以下步骤 通过使用所述截止频率校准电路调整所述滤波器电路的电容组件，将所述滤波器电路的截止频率调整为所希望的值，和 在通过使用所述截止频率校准电路调整所述滤波器电路的截止频率的步骤之后，通过使用所述Q因子校准电路调整所述滤波器电路的电阻组件，将所述滤波器电路的Q因子调整为所希望的值。
12.如权利要求11所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述滤波器电路是低通滤波器，其输出作为从输入信号中截去比预定频率高的频率分量的结果的信号，和 其中所述截止频率校准电路通过使用所述低通滤波器的电容组件的充电和放电中的至少任意一个的时间积分，检测所述电容组件的误差，并且基于该误差的检测结果能够补偿所述电容组件的误差。
13.如权利要求12所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述Q因子校准电路包括参考电压产生器、振幅比较器以及控制寄存器，其中所述参考电压产生器产生用于确定所述低通滤波器的输出端子的输出信号的振幅的参考电压； 其中所述振幅比较器比较由所述参考电压产生器产生的参考电压和所述低通滤波器的输出信号的振幅， 其中所述控制寄存器存储用于调整所述低通滤波器的电阻组件的Q因子控制信息，其中在所述振幅比较器确定所述低通滤波器的输出信号的振幅大于由所述参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变所述Q因子控制信息的值，以便减小所述低通滤波器的输出信号的振幅，并且 其中在所述振幅比较器确定所述低通滤波器的输出信号的振幅小于由所述参考电压产生器产生的参考电压的情况下，改变所述Q因子控制信息的值，以便增加所述低通滤波器的输出信号的振幅。
14.如权利要求13所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述Q因子校准电路产生在比所希望值的所述低通滤波器的截止频率的周期充分长的时间段内设置为预定电压电平的调整输入信号，并且将所述调整输入信号提供给所述低通滤波器的输入端子，并且 其中所述低通滤波器基本上直流地响应于所述调整输入信号，并且所述Q因子校准电路能够利用所述调整输入信号中的电压改变消除所述低通滤波器的直流增益的波动，使得在所述低通滤波器的输出端子处产生的直流响应输出信号的电压匹配预定的参考电平。
15.如权利要求13所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述低通滤波器是Sallen-key低通滤波器。
16.如权利要求13所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述低通滤波器是包括级联的多个运算放大器的有源低通滤波器。
17.如权利要求13所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述低通滤波器包括级联的多个低通滤波器。
18.如权利要求13所述的半导体集成电路的操作方法，所述半导体集成电路还包括 包括低噪声放大器的直接下转换接收器； 接收混合器； RF振荡器；和 通道选择滤波器， 其中所述通道选择滤波器是所述低通滤波器， 其中通过调整被配置为所述通道选择滤波器的所述低通滤波器的电容组件，所述截止频率校准电路能够将所述低通滤波器的截止频率调整为所希望的值，并且 其中通过在由所述截止频率校准电路调整所述低通滤波器的截止频率之后调整所述低通滤波器的电阻组件，所述Q因子校准电路能够将所述低通滤波器的Q因子调整为所希望的值。
19.如权利要求18所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述直接下转换接收器与长期演进标准兼容。
20.如权利要求18所述的半导体集成电路的操作方法， 其中所述直接下转换接收器与多输入-多输出通信系统和分集接收兼容。
全文摘要
本公开涉及半导体集成电路及其操作方法。特别地，本发明涉及精确设置集成在半导体集成电路内的滤波器的频率特性。半导体集成电路包括滤波器电路，截止频率校准电路和Q因子校准电路。截止频率校准电路通过调整滤波器电路的电容组件，将滤波器电路的截止频率调整为所希望的值。在由截止频率校准电路调整滤波器电路的截止频率之后，Q因子校准电路通过调整滤波器电路的电阻组件，将滤波器电路的Q因子调整为所希望的值。
文档编号H03H7/01GK102624348SQ201210018328
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月20日 优先权日2011年1月28日
发明者五十岚丰, 山本昭夫, 筑地孝典, 胜部勇作 申请人:瑞萨电子株式会社